Universiteit Leiden | Bij ons leer je de wereld kennen. Universiteit Leiden | Bij ons leer je de wereld kennen.

Leer Marc Koper kennen en ontdek hoe je van water en CO2 brandstof maakt

Energie uit zonlicht en water: dát zou een oplossing zijn voor ons grootste milieuprobleem. Elektrochemicus Marc Koper onderzoekt de basis voor een CO2-neutrale toekomst.

Lees hier meer over het onderzoek van Marc Koper, over verwant onderzoek en onderwijs aan de Universiteit Leiden en de impact die dat heeft.

Bij ons leer je de wereld kennen

Onderzoek: schone energie mogelijk maken

In december 2012 werd in Arnhem het eerste waterstoftankstation in gebruik genomen. Met een volle tank waterstof kan een personenauto naar Parijs rijden, zonder de lucht te vervuilen. Intussen zijn wetenschappers en bedrijven druk bezig ‘kunstmatige bladeren’ te ontwikkelen om met behulp van fotosynthese energie uit zonlicht te winnen. Of proberen het broeikasgas CO₂ te recyclen. Overkoepelend doel: de overstap van vervuilende energie uit fossiele brandstoffen naar schone elektrische energie. Het fundamentele begrip dat nodig is voor al deze vormen van nieuwe, schone energie vormt het werkterrein van Marc Koper, Leids hoogleraar Katalyse en Elektrochemie. Samen met zijn collega’s zoekt hij naar manieren om de noodzakelijke elektrochemische reacties zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. Daarmee leveren ze een onmisbare bijdrage aan de zoektocht naar het behoud van mensheid en planeet.

Elektrolyse van water aan een goudoppervlak (Foto: Marc de Haan)

Warmte. Dat is, kort gezegd, de manier waarop we hebben geleerd om energie op te wekken. Door het verbranden van kolen, aardgas en olie houden we onszelf warm, wekken we elektriciteit op en laten we onze voertuigen rijden. Maar aan deze vorm van energiewinning kleven twee grote problemen, zegt Marc Koper. “Ten eerste pompen we zo een ongelofelijke hoeveelheid CO₂ de lucht in, wat zeer schadelijk is voor de mens en de natuur. Ten tweede is energiewinning uit warmte erg inefficiënt, er gaat veel energie verloren tijdens het proces.” Om CO₂-opeenhoping in de atmosfeer te voorkomen kun je twee dingen doen, zegt hij: óf een brandstof gebruiken die geen CO₂ uitstoot, óf het CO₂ dat je uitstoot opnieuw omzetten in een brandstof.
Het mooiste zou zijn als we de natuur konden nabootsen en duurzaam energie uit zonlicht konden winnen. “Dit proces, fotosynthese, vindt op allerlei manieren op aarde plaats. Het meest bekende voorbeeld zijn planten, die zonlicht omzetten in suikers en zo kunnen groeien. We zijn al zo ver dat we energie uit zonlicht kunnen winnen, denk maar aan zonnepanelen. Wat we nog niet goed kunnen, is het teveel aan energie dat op deze manier wordt verkregen opslaan als brandstoffen.”
Marc Koper en zijn collega’s van het Leiden Institute of Chemistry zoeken een oplossing voor dit probleem. Ze geloven daarbij het meeste in de theorie dat water zonlicht kan opslaan en met behulp van een brandstofcel energie kan afgeven. Daarbij spelen elektrochemische reacties zoals katalyse en elektrolyse een grote rol.

Onderzoekslijnen: energie winnen uit zonlicht en water

Natuurlijke energiebronnen

Water en zon kunnen theoretisch samen dienen als energiebron door middel van chemische reacties. De kunst is om apparaten en materialen te ontwikkelen die de reacties zo goedkoop en efficiënt mogelijk kunnen uitvoeren. Om die materialen te vinden moet je de chemische reacties op fundamenteel niveau begrijpen, en dat is waar Marc Koper en zijn team mee bezig zijn.

Meer over Natuurlijke energiebronnen

Elektrolyse werkt anders dan gedacht

Iedereen die op de middelbare school scheikunde heeft gehad, heeft het gedaan: elektrolyse. In een bak met water en wat zout plaats je twee elektroden waartussen je een elektrische spanning aanbrengt. Al in 1789 gebruikten twee Nederlandse onderzoekers deze techniek om voor het eerst in de geschiedenis water te ontleden in waterstof en zuurstof. Maar pas dit jaar ontdekte Marc Koper wat daarbij op atomair niveau precies gebeurt.

Meer over Elektrolyse werkt anders dan gedacht

CO₂: van dead end naar kringloop

Water omzetten in zuurstof en waterstof is één manier om schone brandstof te maken.  “Maar dat doet iedereen al”, zegt Koper.  En dat maakt het voor de fundamentele puzzelaar die hij is toch minder spannend. Een andere route naar een klimaatneutrale toekomst is het omzetten van het broeikasgas CO₂in een – bij voorkeur vloeibare – brandstof, met behulp van een katalysator. Net zoals de natuur dat zelf doet.  Dan krijg je een CO₂-kringloop in plaats van het gas de lucht in te pompen.

Meer over CO₂: van dead end naar kringloop

De renaissance van de elektrochemie

Het vak van Marc Koper, de elektrochemie, is weer helemaal terug. Dat komt voor een belangrijk deel door het succes van de hybride auto, denkt hij. “Wetenschappers zien: elektrische auto’s, het kan, het werkt.” Koper zet zich op allerlei manieren in om het vakgebied van elektrochemie (weer) op de kaart te zetten.

Meer over De renaissance van de elektrochemie
‘Ons onderzoek moet de waterstofauto betaalbaar maken’

Onderwijs: “Kennis van elektrochemie opent veel deuren”

Marc Koper geeft colleges aan bachelor- en masterstudenten en begeleidt promovendi. “Goed onderwijs vind ik ontzettend belangrijk. Ten eerste wil ik goede wetenschappers opleiden, mensen die verantwoord analyseren en onderzoeken. En ten tweede wil ik het vakgebied van elektrochemie verder helpen, het is ontzettend belangrijk dat de industrie wordt voorzien van goede vakmensen.”

Marc Koper met enkele promovendi (Foto: Marc de Haan)

Analytisch vermogen, dat is vooral wat geïnteresseerden in elektrochemie, en de wetenschap in het algemeen, moeten hebben. “Je moet een interesse hebben in het uitpuzzelen hoe dingen werken.” Afronden van de opleiding levert je een heel brede basis op, zegt Koper. “Mijn promovendi komen veelal terecht bij grote bedrijven als Tata Steel, Akzo, Sabic en Philips. Maar kennis over elektrochemie opent sowieso heel veel deuren, zowel bij het bedrijfsleven als onderzoeksinstituten.”

Meer opleidingen op het gebied van energie en duurzaamheid

Molecular Science & Technology : In deze opleiding leer je de fundamentele, industriële en maatschappelijke facetten van de scheikunde kennen, waardoor je als chemicus fundamenteel onderzoek kunt verrichten op het gebied van volksgezondheid.

Life Science & Technology : Al het leven is opgebouwd uit cellen. Wat zijn cellen precies, hoe gedragen ze zich, en hoe kunnen we die kennis gebruiken om mensen te genezen? Dat zijn vragen die worden behandeld in deze opleiding.

Natuurkunde : Een ontdekkingstocht naar kennis over het materiaal waar alles uit bestaat. De moderne natuurkunde houdt zich bezig met een breed pakket van onderwerpen, variërend van de studie van levensprocessen, via de studie van kwantumverschijnselen, tot de studie van het allerkleinste en het allergrootste.

Meer onderzoekers van duurzaamheid en energie

  • Thijs Aartsma
  • Sylvestre Bonnet
  • Lies Bouwman
  • Francesco Buda
  • Joost Frenken
  • Huub de Groot
  • Dennis Hetterscheid
  • Ludo Juurlink
  • René Kleijn
  • Gert-Jan Kramer
  • Geert-Jan Kroes
  • Willie Peijnenburg
  • Nico Schrijver
  • Jacqueline Vel
  • Jan Wijbrans
  • Rob de Wijk

Thijs Aartsma Hoogleraar Biofysica

Bestudeert fotosynthese, bijvoorbeeld de werking van enzymen die als natuurlijke katalysator fungeren of het transport van elektronen.

Sylvestre Bonnet Universitair hoofddocent

Bestookt tumoren met antikankermoleculen die niet werken in het donker, maar wel zeer giftig worden zodra ze met licht bestraald worden.

Lies Bouwman Hoogleraar Anorganische Chemie

Doet onderzoek naar het ontwerpen van nieuwe duurzame katalytische processen en functionele materialen.

Francesco Buda Universitair docent

Zijn onderzoek richt zich onder meer op moleculaire mechanismen in eiwitten en eiwitaggregaten.

Joost Frenken Hoogleraar Mesoscopische fysica

Is op zoek naar ‘superlubricity’ (‘superglibberigheid’), de totale afwezigheid van wrijving tussen twee oppervlakken.

Huub de Groot Hoogleraar Biofysische Organische Chemie

Werkt onder meer aan de ontwikkeling van kunstmatige bladeren die zonlicht omzetten in energie.

Dennis Hetterscheid Universitair docent

Doet onderzoek naar chemische processen die nodig zijn om water en zonlicht om te zetten in energie.

Ludo Juurlink Universitair docent

Onderzoekt de kathalytischefunctie van defecten op metalen oppervlakken.

René Kleijn Universitair hoofdocent

Zijn onderzoek richt zich op de materiële beperkingen van energietechnologie en eco-innovatie.

Gert-Jan Kramer Hoogleraar Duurzame Energie

Richt zich op het ontwikkelen van nieuwe en realistische scenario’s voor duurzame energie.

Geert-Jan Kroes Hoogleraar Theoretische Chemie

Doet onder meer onderzoek naar de interactie tussen moleculen en metalen oppervlakken.

Willie Peijnenburg Bijzonder hoogleraar Mileutoxicologie en biodiversiteit

In zijn onderzoek kijkt hij naar de milieugevolgen van klimaatverandering, veranderend landgebruik en uitstoot van nieuwe chemicaliën hebben

Nico Schrijver Hoogleraar Internationaal Publiekrecht

Doet onder meer onderzoek naar duurzame ontwikkeling en beheer van natuurlijke bronnen.

Jacqueline Vel Senior onderzoeker

Coördineert een interdisciplinair project dat kijkt naar de effecten van grootschalige teelt van de purgeernoot als basis voor biobrandstof.

Jan Wijbrans Bijzonder hoogleraar Geologie

Verricht onderzoek naar de vroegste ontwikkeling van het leven op aarde, naar hedendaagse geologische processen, en naar duurzaamheid.

Rob de Wijk Hoogleraar International Relations and Security

Onderzoekt energievoorziening in de context van internationale betrekkingen.

Impact: invloed op de wereld

Het werk van Marc Koper vormt een onmisbare schakel in de zoektocht naar duurzame energie. Dankzij zijn werk wordt het hopelijk op den duur bijvoorbeeld mogelijk om auto’s te laten rijden met waterstof als brandstof. Daarnaast zet Koper zich op allerlei manieren in om elektrochemie onder de aandacht te brengen van allerlei doelgroepen: van bedrijfsleven tot middelbare scholen.

Lees meer

De wereld van...

In Leiden leer je de wereld kennen. Leidse onderzoekers hebben contact met collega’s over de hele wereld, vaak ook uit andere (aangrenzende) disciplines. Ook Marc Koper werkt samen met gerenommeerde collega’s uit diverse landen. Op de wereldkaart hieronder staat een aantal mondiale contacten van Marc Koper (zoom in op de kaart om markers beter van elkaar te onderscheiden).